이 연구 지원 부분에서 장점을 검토 수상 #B1495-R (Capadona)과 대통령 이른 경력 포상에 의해 과학자와 엔지니어 (PECASE, Capadona)에서 미국 (미국) 학과의 재향 군인 담당 재활 연구 및 개발 서비스입니다. 또한,이 작품 일부 사무실의 길잡이 국방 장관의 피어 검토 의료 연구에서 프로그램 수상 번호를 통해 건강 문제에 의해 지원 되었다 W81XWH-15-1-0608입니다. 내용을 미국 재향 군인 담당 부서 또는 미국 정부의 의견을 대표 하지 않는다. 저자 박사 히로유키 아라카와 CWRU 쥐 행동 코어 설계 및 테스트 설치류 행동 프로토콜에 대 한 그의 감사 하 고 싶습니다. 저자 또한 제임스 드레이 크와 케빈 탤벗 CWRU 부 기계 및 항공 우주 공학에서 설계 하 고 제조 설치류 사다리 테스트에 그들의 도움에 감사 하 고 싶습니다.

모든 절차 및 동물 관리 관행에 의해 승인 되었고 루이 스톡 클리블랜드 학과의 재향 군인 담당 센터 기관 동물 의료 및 사용 위원회 수행.
참고: 컨트롤 자상 부상 모델의 사용에 대 한 결정에 연구원 교육, 것이 좋습니다 외. 포터 의해 수행 하는 작업을 검토 하 21.
1. microelectrode 이식 수술
<ol><li>
미리 수술 동물 준비
	<ol>
<li>Isoflurane (2-4%)를 사용 하 여 유도 챔버에서 동물 anesthetize 마 취에서 지속적으로 심장 박동과 혈액 산소 함유량을 모니터링 하는 중요 한 측정 시스템을 사용 하 여 동물을 모니터링 합니다.</li>
		<li>마 취를 계속 코 콘에 동물을 이동 합니다. 피하 (SQ) cephalosporin 항생제, 예: cefazolin (25 mg/kg) 및 비 스테로이드 항 염증, 감염을 방지 하 고 통증, 각각 관리를 예를 들면 carprofen (5 mg/kg) 주사.</li>
		<li>후 한 건조에서 그들을 방지 하기 위해 동물의 눈에 안과 연 고를 적용 합니다.</li>
		<li>작은 동물성 손톱깎이 사용 하는 봉합 상처 치유 하는 동안 긁 기에서 동물을 방지 하기 위해 발톱 손질. 못 하지 잘린 너무 짧고, 통증과 출혈 동물에 대 한 발생할 수 있습니다으로 확인 합니다.</li>
		<li>전기 면도기 트리머를 사용 하 여 눈 사이 귀 뒤에 철저 하 게 동물의 머리를 면도.</li>
		<li>절 개의 영역에서 동물의 머리의 상단에 로컬 진통 bupivacaine (0.125 %bupivacaine 재고 솔루션에서 희석의 0.3 mL)의 SQ 주사 제공.</li>
		<li>동물을 머리 수술 하는 동안 이동 하는 것을 막기 위해 귀 막대를 사용 하 여 stereotaxic 프레임에 탑재 합니다. 동물의 내부 온도 유지 하기 위해 동물 아래 패드 난방 순환 수를 놓습니다.</li>
		<li>무 균 드 레이프, 예를 들어, 제도 승인 살 균 플라스틱 랩, 외과 분야를 분리 하는 적용.</li>
		<li>스크럽 번갈아 betadine 솔루션을 사용 하 여 외과 영역 그리고 소 프로 파 놀 스크럽.</li>
		<li>되도록 동물 외과 비행기 아래 기관 프로토콜에 따라 발가락 핀치를 수행 합니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
동물 이식 준비
	<ol>
<li>No. 10 메스 블레이드를 사용 하 여 두개골을 노출 하는 중간 선 아래에 약 1의 절 개를 만듭니다. 퉁 명 스럽게 솜 밀고 주걱을 사용 하 여과 제거 하 고 어떤 출혈 거 즈 패드 사용을 중지. 악어 클립을 사용 하 여 주변 조직 철회 하 고 깨끗 하 고 과산화 수소와 두개골을 탈수.</li>
		<li>나중 단계에서 결합 치과 시멘트를 개선 하기 위해 노출 된 두개골에 cyanoacrylate 기반 조직 접착제의 몇 방울을 놓습니다.</li>
		<li>선택한 반구에서 뼈에는 닉을 만들어 forepaw 운동 약 3 m m 중간을 2mm bregma에 앞쪽 측면에 해당 하는 모터 피 질 영역을 표시 합니다.</li>
		<li>1.75 m m 둥근된 팁 치과 드릴을 사용 하 여, 특별 한 배려는 너무 빨리 또는 너무 깊이 드릴 하지 복용 및 stereotaxic 프레임에 한 손으로 지원 두개골의 일부를 제거 합니다. 드릴31과열 방지를 간헐적으로 두개골에 적용 되어야 한다.</li>
		<li>잘 구부려 진된 45 ° dura 선택을 사용 하 여 경질을 반영 합니다.</li>
		<li>어떤 출혈을 사용 하 여 면 밀고 주걱 및 염 분, 직접 터치를 돌보는 뇌 표면 청소.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Microelectrode 모터 피 질에의 삽입
	<ol>
<li>신중 하 게 복용 하지 전극의 정강이 범프를 주의 stereotaxic 프레임에 범용 홀더에서 소독된 microelectrode를 탑재 합니다. 전극의 headstage 인터페이스 커넥터 단단히 소유자에 의해 개최 됩니다 확인 하십시오. 참고: 여기, 그리고 2 m m x 123 µ m x 15 µ m 측정 비 기능 미시간 스타일 실리콘 생크 전극 사용, 생크 미세 집게를 사용 하 여 삽입 했다.</li>
		<li>Stereotaxic 프레임에는 micromanipulators을 사용 하 여 신중 하 게 놓고 전극의 팁 오픈 craniotomy.</li>
		<li>부드럽게 측정 가이드로는 micromanipulators를 사용 하 여 뇌에 전극 약 2 m m 낮은 (전극의 선택에 따라 제어 속도에서 자동된 삽입 필요할 수 있습니다.) 어떤 표시 맥 관 구조 가능할 때마다을 피하기 위해 주의. 일단 전극 장소에, 신중 하 게 보편적인 홀더에서 커넥터 놓고 삽입 팔을 철회.</li>
		<li>조심 스럽게 면 밀고 주걱 및 식 염 수를 사용 하 여 전극 주위에서 출혈이 청소.</li>
		<li>실리콘 고무를 사용 하 여 이식된 전극 주위 craniotomy 오프 인감.</li>
		<li>치과 시멘트를 사용 하 여 두개골에 전극 수정.</li>
		<li>시멘트는 완전히 건조, 일단 절 개의 가장자리 함께 가져 앞에 그리고 시멘트 headcap 및 봉합 그들 종료 뒤.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
수술 치료
	<ol>
<li>동물의 생체 신호를 모니터링 하면서 패드를가 열 순환 물에 복구할 수 있습니다. 사용 하 여 열 램프 램프에서 온도 더 제어 하기 어려운 동물 과열 수 있습니다 하지 마십시오.</li>
		<li>일단 동물은 완전히 깨어 있는, 음식과 물에 쉽게 접근할 깨끗 한 케이지를 동물을 이동 합니다.</li>
		<li>수술 일 1-3 일 동안 스퀘어 cephalosporin 항생제 (25 mg/kg)와 비 스테로이드 항 염증 (5 mg/kg) 감염을 방지 하 고 그들의 고통을 관리 하는 동물을 제공 합니다.</li>
		<li>매일 통증 또는 불편 함, 출혈, 체중 변화, 또는 적어도 수술 하루 5 문제를 봉합의 흔적에 대 한 동물을 모니터링 합니다.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. 행동 테스트
<ol><li>모든 동작 테스트를 위해 테스트 동물 2 x 그들의 사전 수술 기준 점수를 계산 하기 위해 전극 이식 수술 전에 주에 테스트 당. 수술 다음 각 테스트에 주 당 2 x 테스트 동작을 시작 하기 전에 1 주 동안 휴식을 동물 허용. 일관 된 테스트 조건 사전 및 수술 후 불안의 측정에서 발생할 수 있는 성능에 스트레스의 영향을 최소화 하기 위해 테스트에 대 한 연구를 통해 사용 되어야 한다.<ol>
<li>각 동물 전후 각 테스트 세션의 시작 부분에서 염소 이산화 기반 sterilant와 모든 테스트 장비를 청소 하십시오.</li>
		<li>오픈 필드 그리드와 사다리 테스트 영화. 이러한 테스트 필요 비디오 카메라 (1080p, 15fps, 78 ° 대각선의 시야의 최소), 노트북, 및 비디오 데이터를 저장 하는 방.</li>
		<li>각 테스트의 시작 부분에서 시험장에 동물을 가져오고 테스트를 시작 하기 전에 적어도 20 분 동안 적응 하도록 허용. 방에 빛과 온도 제어, 그리고 같은 인사는 모든 테스트 완료 해야 합니다. 이상적으로, 같은 방에 방에 변경 없이 테스트의 과정을 통해 모든 동물에 대 한 사용 됩니다.</li>
		<li>작업을 완료 하는, 특히 사다리 훈련 기간 동안 동물을 장려 하기 위해 사용 하 여 음식 보상. 시리얼 이나 바나나 칩 또는 크래커의 작은 조각을 좋은 보상을 확인합니다.</li>
		<li>각 개별 동물 (공식 1)에 대 한 사전 수술 점수에 모든 주간 테스트 공연 정상화. 방정식 1:<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/57829/57829eq1.jpg">
</li>
	</ol>
</li>
	<li>
필드 표 테스트 오픈 참고: 오픈 필드 그리드 테스트 사내 고 약 40 cm 높은 불투명 측 벽 1 m2 의 실행 표면 있다. 실행 하는 눈금의 표면 아래 테이프 (그림 1A)를 사용 하 여 아래쪽에서 9 동등 사각형으로 나뉘어져 있습니다. 기록 카메라 비 계에는 격자의 중심 위에 영구적으로 장착 됩니다.<ol>
<li>오픈 필드 그리드 테스트 하려면 동물 테스터 멀리 직면 하는 눈금의 중앙에 놓습니다.</li>
		<li>동물 비디오를 기록 하는 동안 3 분 동안 자유롭게 실행을 허용 합니다.</li>
		<li>동물 테스트 완료 되 면, 그리드에서 동물을 제거 하 고 감 금 소에 반환. 염소 이산화 기반 sterilant와 철저 하 게 그리드를 청소.</li>
		<li>각 동물 1 테스트 x 하루 테스트 당.</li>
		<li>비디오 추적 소프트웨어를 사용 하 여 총 모터 함수의 통계로 넘어 눈금선, 여행, 총 거리 및 동물의 최대 속도의 수를 분석 합니다. 참고: 여기에 제시 된 데이터는 수동으로 훈련 된 연구원에 의해 계량 했다 하지만 그것은 사내 최근에 개발 된 사용 하 여 선호 추적 알고리즘32.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
사다리 테스트 참고: 사다리 테스트 사내 고 2 취소 아크릴 측 벽, 길이, 직경 3 mm 가로 2 c m 간격 (그림 2A)에서 간격으로 연결 된 각 1 m의 구성 됩니다. 사다리 테스트 숙련 된 시험 이며 따라서 사전 수술 기준 점수를 기록 하기 전에 훈련의 1 주를 요구 한다. 교육에 대 한 프로토콜 테스트는 동일.<ol>
<li>사다리 테스트 하려면 임시 깨끗 한 보관 케이지를 동물을 이동 합니다.</li>
		<li>2 감 금 소 교량을 사다리 설정 합니다. 깨끗 한 케이지 달려있다 사다리의 시작 끝 그리고 끝 끝 실행을 완료 하는 데 동기 부여로 봉사 하는 동물의 집 케이지에 달려있다.</li>
		<li>사다리의 중심에 삼각대에 동일한 (또는 유사한) 비디오 카메라를 배치 합니다. 카메라의 위치 가로 대 높이에 있어야 볼 수 전체 사다리에 대 한 허용 합니다.</li>
		<li>실행 비디오 카메라와 함께 첫 번째 울 렸으 면 터치를 그들의 정면 발을 수 있도록 사다리의 출발선에 동물을 개최.</li>
		<li>그들의 자신의 걸음에 사다리를 건너 동물 허용. 동물의 발 닿은 첫 번째 울 렸으 면 마지막 가로 대에 제 3에서 결승 선을 교차 하는 동물의 시간 결정 순간 사이의 시간 경과.</li>
		<li>동물 사다리에 돌아서 또는 20의 기간 동안 이동 하지 않습니다 경우 s, 실행 실패 하 동물을 고려 하십시오. 동물 페널티킥 실패 각 시간 실행 점수를 할당 합니다. 사전 수술 테스트27동안 기록 느린 성능에 의해 형벌 시간을 결정 합니다.</li>
		<li>건너 사다리 5 각 동물 허용 x 각 실행 사이 약 1 분 나머지와 함께 하루를 테스트 당.</li>
		<li>정밀한 모터 함수의 통계로 하루 빠른 3 실행의 평균입니다. 또한, 각각의 소프트웨어를 추적 하는 비디오를 사용 하 여 가로 대에서 미끄러져 발 횟수를 기록 합니다. 참고: 여기에 제시 된 데이터는 수동으로 훈련 된 연구원에 의해 계량 했다 하지만 그것은 나 외. 를 사용 하 여 최근에 개발 된 사내 추적 알고리즘을 사용 하 선호 32.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
그립 강도 테스트
	<ol>
<li>각 테스트 세션 전에 그립 강도 측정기를 교정 하 고 그램의 강도 측정.</li>
		<li>위치는 카운터 바닥 위에 확장 그립 핸들의 가장자리에 그립 강도 미터입니다.</li>
		<li>(그림 3A) 꼬리의 기지에 의해 동물을 잡고 두 앞 발과 자전거 핸들을 잡아 동물 허용.</li>
		<li>일단 동물에는 각 발에와 함께 확고 한 그립, 느리고 꾸준한 힘으로 꼬리의 기지에 의해 미터에서 동물을 당겨.</li>
		<li>디지털 그립 강도 측정기에 의해 출력에 표시 되는 동물에가 해지는 최대 그립 강도 기록 합니다.</li>
		<li>각 동물 3 테스트 x 각 테스트 사이 약 2 분 나머지와 함께 하루를 테스트 당.</li>
		<li>정밀한 모터 함수의 통계로 기록 하 고 3의 각 출력 최대 그립 강도 평균.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. 사후 행동 프로토콜
<ol><li>동물 마 취 제 (160 mg/kg)를 사용 하 여 깊이 anesthetize 모든 행동 (예를 들어, 주입 후 8-16 주), 테스트 수행 및 xylazine (20 mg/kg), transcardially 그들을 perfuse, 그들의 두뇌 및 곳을 알아내는-슬라이스를 수확, 그리고 조직 얼룩 immunohistochemical 마커를 사용 하 여 계량 주입33,34,35,36,,3738의 사이트 주위 세포 응답.</li>
</ol>4. 통계 분석
참고: 예비 전력 분석은 특정 연구 질문에 대답을 추구 하는 어떤 학문 든 지에 대 한 강력 하 게 제안 했다. 특정 연구 디자인에 대 한 통계적 의미를 달성 하는 데 필요한 동물의 수를 알려 줍, 전력 분석, 특정 연구 가설, 실험, 예상된 효과 크기의 다양성의 디자인에 따라 결정 되어야 의도 된 치료, 임상 또는 과학적인 관련성을 달성 하는 데 필요한 잘 효과 크기.
<ol><li>일반적인 통계 소프트웨어를 사용 하 여 통계 분석을 수행 합니다.</li>
	<li>설명 통계를 집계 하 고 평균 ± 표준 오차도 그들을 표시 합니다.</li>
	<li>두 표본 t-검정을 사용 하 여 그룹 대 이식 컨트롤 비교 주간 각 시간 점에서 [오픈 필드 그리드 (2.2 단계), 사다리 (2.3 단계), 및에서 그립 강도 테스트 (2.4 단계)] 행동 성능 분석. 독립적인 측정 각 주간 시간 포인트를 고려 하십시오.</li>
	<li>혼합된 효과 선형 모델을 사용 하 여 경도 성능을 수량화 합니다. 주 및 그룹 요소를 고정 되 고 실험 동물 임의의 효과 서 그룹 내에 중첩 된. 분산 분석 (ANOVA) p < 0.05의 의미 수준 요인 효과 결정 하는 데 사용 됩니다.</li>
	<li>사다리 성능을 비교 하 여 선형 회귀 분석을 사용 하 여 immunoglobin G (IgG) 강도. 상관 계수는 Pearson의 방법으로 계산 합니다.</li>
</ol>

저자는 공개 없다.

여기에 설명 된 프로토콜을 효과적으로 그리고 reproducibly 측정 벌금과 총 모터 적자의 설치류 뇌 손상 모델에서 사용 되었습니다. 또한, 모터 피 질에서 microelectrode 주입 다음 조직학 결과 괜 찮 모터 동작의 상관 관계에 대 한 수 있습니다. 메서드는 따라 하기 쉽고, 설정, 저렴 하 고 연구원의 개별 요구에 맞게 수정할 수 있습니다. 또한, 동작 테스트 발생 하지 않습니다 큰 스트레스 나 통증 동물; 오히려, 연구원은 동물 성장 운동 및 테스트와 함께 제공 된 보상을 믿습니다. 이전 연구는 모터, 메모리, 및 기능 손상을44,45모터 피 질 손상이 발생할 수 있습니다 제안 했다. 그러나,이 지식에도 불구 하 고 거기에는 모터 피 질27, 환자의 임상 결과 부정적인 영향을 미칠 수 있는 microelectrode 주입으로 인 한 기능적 영향에 대 한 제한 된 정보가입니다.
수정은 프로토콜, 수술 절차와 동작 테스트를 통해 만들 수 있습니다. 이 프로토콜은 forepaws에 영향을 미치는 지역에서 동물의 모터 피 질에서 microelectrodes 임 플 란 트 하는 절차를 설명 합니다. 이 절차는 전기 자극46 에 대 한 전극 또는 뉼 마약 배달47, 또는 TBI 모델48를 포함 하 여 상해의 종류를 포함 하 여 임 플 란 트를 쉽게 적응 될 수 있다. 추가 수정 점수 통계 오픈 필드 눈금 시험에 사용 하 고 장치를 테스트 하는 사다리를 만들 수 있습니다. 넘어 눈금선의 수 이외에 총 거리 여행, 그리고 최대 속도 동물에 의해 달성, 시간 소비 정체 오른쪽과 왼쪽 회전 수는 모터 성능32 의 추가 매개 변수로 또한 기록 될 수 있습니다. . 사다리 테스트에서 가로49 를 제거 하거나 경사50 에 사다리 증가할 수 있다 어려움, 비록 현재 임 플 란 트와 저자 찾지 못했습니다이이 응용 프로그램에서 잘 모터 적자 애타게 하는 데 필요한. 마지막으로, 여기에 제시 된 테스트 기구 쥐와 함께 사용 하도록 설계 되었습니다, 비록 단위 수 있습니다. 조절 위나 아래로 다양 한 크기의 설치류와 함께 사용할 수 있습니다. 그것은 문제가 발생할 경우 동물 사전 수술 지속적으로 테스트를 완료할 수지 않습니다, 동물은 연구에서 제거 해야 하는 것이 중요.
모든 행동 테스트와 마찬가지로 그것은 중요 한 연구의 과정을 통해 최대한 일관성을 유지 하입니다. 그것은 보였다 테스트 결과 다 수 동물51협력 연구원에 따라, 위치에는 테스트 수행52, 그리고 동물 주택 및 축산 절차53를 포함 하는 환경 요인. 또한, 연구 생산 하는 두개골 craniotomy 절차31 및 무게-드롭 모델54 등 대뇌 피 질의 제어 기계적 변형 TBI의 모델 중 난방 방법으로 뇌 손상에 큰 변화를 보이고 있다 모델55영향. 연구원은, 따라서, 주의 특별 한 수술, 테스트, 주택 조건, 그리고 테스트 인력, 다른 사람 사이에서 일관성을 유지 하기 위해.
이러한 동작 테스트 방법의 미래 방향 수 더 철저 한 결과 제공 하기 위해 여기에 제시 하는 테스트에 따라 확장 됩니다. 예를 들어 물 미로 테스트 또는 터 로드 테스트 더 불안56 추출 또는 모터 기능57 적자를 각각 총 통합 될 수 있습니다. 또한, 미래의 일 또한 뇌에 장치 삽입으로 인 한 조직 손상을 줄이기 위해 목표 수 있습니다. 이 지역에서 현재 작업 산화 치료42,58통해 염증 완화에 초점을 맞춘, 기계적으로 준수41,,5960, 억제는 타고 난의 임 플 란 트 면역 신호 통로14,15및 장치 이식31,61동안 혈관 손상을 감소.
마지막으로, 그것은 현재 일 반드시 두뇌 임 플 란 트를 받는 전형적인 인간의 환자의 특성을 구현 하지 않는 건강, 청소년, 남성 쥐를 사용 하 여 완료 되었다 고려 되어야 한다. 탐구 더 정밀 하 고 심한 모터 기능 작업 특성 질병 모델에 추가 연구 결과 여기에 제시 된 비준 필요 합니다. 다양 한 질병 모델, 이식 및 이식 비 가짜 동물 간의 차이 조건 테스트를 위에서 언급 한 수정 필요할 수 있습니다.

원래 intracortical microelectrodes 지도, 두뇌의 회로 그리고 기능 출력1을 생산 하기 위해 사용 될 수 있는 모터 의도의 탐지를 가능 하 게 하는 유용한 도구도 개발에 사용 되었다. 감지 기능 출력 제어 로봇 또는 컴퓨터 커서2,3 의 척수 상해, 뇌성 마비, 루 경화 증 (ALS), 또는 다른 운동 제한 조건에서 고통 개인을 제공할 수 있습니다. 4,,56, 팔 또는 그들의 자신의 장애 사지7기능을 복원 합니다. 따라서, intracortical microelectrode 기술 유망 하 고 신속 하 게 성장 하는 분야8로 떠오르고 있다.
때문에 분야에 성공, 임상 연구 진행 향상 BMI 기술5,,910의 가능성을 이해 하는. 뇌의 신경 세포와의 커뮤니케이션의 모든 잠재력을 실현 하 여 재활 응용 프로그램은 무한 한8로 인식 됩니다. Intracortical microelectrode 기술의 미래에 대 한 좋은 낙관론은, 비록 그것은 또한 유명한 microelectrodes 결국11, 이식 다음 급성 neuroinflammatory 응답으로 인해 실패. 두뇌에 있는 외국 물자의 주입 즉시 손상 주변 조직에 발생 하 고 이식12의 속성에 따라 달라 집니다 neuroinflammatory 응답으로 인 한 추가 피해를 연결. 더하여, 두뇌에 있는 임 플 란 트 microlesion 효과 발생할 수 있습니다: 포도 당 대사 감소 급성 부 종 및 출혈 때문에 장치 삽입13에 의해 발생할 수 생각. 또한, 신호 품질 및 유용한 신호는 기록 될 수 있는 시간의 길이 동물 모델11,14,,1516에 일치 하지 않습니다. 여러 연구 결과 neuroinflammation와 microelectrode 성능17,,1819사이 연결을 설명 했다. 따라서, 공동체의 일치 microelectrodes, 주변 신경 조직의 염증 반응 적어도 부분적으로, 전극 신뢰성 타협 이다.
많은 연구 조사 지역의 염증11,20,,2122 또는 삽입11,23, 으로 인 한 뇌 손상을 줄이기 위해 방법을 탐험 24,25시간14,26동안 녹음 성능 개선의 목표. 또한, 우리는 최근 쥐의 모터 피 질에서 microelectrode 삽입으로 인 한 의원 성 상해는 즉각적이 고 지속적인 좋은 모터 적자27발생 표시는. 따라서, 여기에 제시 된 프로토콜의 목적은 주고 연구자 주입 및 intracortical 장치의 영구 존재 하는 뇌 외상 결과로 가능한 모터 적자를 평가 하기 위해 양적 방법 (microelectrodes에는 이 원고의 경우)입니다. 여기 설명 하는 동작 테스트 모두 그로스와 잘 모터 기능 장애, 애타게 하도록 설계 되었습니다 그리고 뇌 손상의 많은 모델에서 사용할 수 있습니다. 이러한 방법 간단, 재현성, 및 설치류 모델에서 쉽게 구현 될 수 있습니다. 또한, 여기에 제시 된 방법 조직학 결과 모터 동작의 상관 관계에 대 한 혜택을까지 최근, 저자 안 본 BMI 필드에 게시 된 수 있습니다. 마지막으로,이 방법 괜 찮 모터 기능28, 총 모터 기능29, 그리고 스트레스와 불안 행동29,30, 테스트 하도록 설계 되었습니다으로 여기에 제시 된 방법을 구현할 수도 있습니다에 연구원은 밖으로 (또는)을 지배 하 고 머리 부상 모델의 다양 한 모든 모터 함수 적자.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:843px;" width="842">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:216px;">Sprague Dawley rats, male, 201-225g</td>
			<td style="width:197px;">Charles River</td>
			<td style="width:163px;">CD</td>
			<td style="width:267px;"></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Compac5 anesthesia system</td>
			<td style="width:197px;">Vetequip</td>
			<td style="width:163px;">901812</td>
			<td style="width:267px;"></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Electric trimmers</td>
			<td style="width:197px;">Wahl</td>
			<td style="width:163px;">9918-6171</td>
			<td style="width:267px;"></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Stereotaxic frame</td>
			<td style="width:197px;">David Kopf Instruments</td>
			<td style="width:163px;">1760</td>
			<td style="width:267px;"></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Gaymar heated water pad and pump</td>
			<td style="width:197px;">Braintree Scientific Inc</td>
			<td style="width:163px;">&#160;TP-700</td>
			<td style="width:267px;"></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Vetbond tissue adhesive</td>
			<td style="width:197px;">3M</td>
			<td style="width:163px;">07-805-5031</td>
			<td style="width:267px;"></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Dental drill</td>
			<td style="width:197px;">Pearson Dental</td>
			<td style="width:163px;">O60-0045</td>
			<td style="width:267px;"></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Dura pick</td>
			<td style="width:197px;">Fine Science Tools</td>
			<td style="width:163px;">10064-14</td>
			<td style="width:267px;"></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Silicon shank microelectrode</td>
			<td style="width:197px;">Made in-house at Cleveland VA Medical Center</td>
			<td style="width:163px;">N/A</td>
			<td style="width:267px;"></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">KwikCast silicone elastomer</td>
			<td style="width:197px;">World Precision Instruments</td>
			<td style="width:163px;">KWIK-CAST</td>
			<td style="width:267px;"></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Teets dental cement&#160;</td>
			<td style="width:197px;">A-M Systems</td>
			<td style="width:163px;">525000</td>
			<td style="width:267px;"></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Webcam HD Pro c920</td>
			<td style="width:197px;">Logitec</td>
			<td style="width:163px;">960-000764</td>
			<td style="width:267px;"></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Grip strength meter</td>
			<td style="width:197px;">Harvard Apparatus</td>
			<td style="width:163px;">565084</td>
			<td style="width:267px;"></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Minitab 17 statistical software</td>
			<td style="width:197px;">Minitab Inc</td>
			<td style="width:163px;"></td>
			<td style="width:267px;"></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Open field grid test</td>
			<td style="width:197px;">Made in-house at Case Western Reserve University</td>
			<td style="width:163px;">N/A</td>
			<td style="width:267px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">Ladder test</td>
			<td style="width:197px;">Made in-house at Case Western Reserve University</td>
			<td style="width:163px;">N/A</td>
			<td style="width:267px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Rabbit anti rat IgG antibody</td>
			<td style="width:197px;">Bio-Rad</td>
			<td style="width:163px;">618501</td>
			<td style="width:267px;"></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

rodent behavioral testing to assess functional deficits caused by microelectrode implantation in the rat motor cortex

뇌에 이식 하는 의료 기기는 엄청난 잠재력을 만요. 두뇌 기계 인터페이스 (BMI) 시스템의 일환으로, intracortical microelectrodes 신경의 개인 또는 작은 그룹에서 활동 전위를 기록 하는 기능을 보여 줍니다. 이러한 기록 된 신호를 환자를 허용 하거나 컴퓨터, 로봇 팔 다리, 그리고 그들의 자신의 사지를 제어 성공적으로 사용 되었습니다. 그러나, 이전 동물 연구는 두뇌에 있는 microelectrode 주입 주변 조직 손상 뿐만 아니라 기능적인 적자 발생 시킬 수 있습니다 나타났습니다. 여기, 우리는 일련의 행동 테스트 intracortical microelectrodes 이식 쥐의 모터 피 질에 따라 잠재적인 모터 장애 척도를 논의. 오픈 필드 그리드, 사다리 교차점, 및 그립 강도 테스트 메서드 microelectrode 이식에서 발생 하는 잠재적인 합병증에 관한 귀중 한 정보를 제공 합니다. 행동 테스트의 결과 병 적인 결과 인접 한 조직에서이 절차의 영향에 추가 정보를 제공 하는 끝점 조직학와 상관 된다.

여기에 제시 하는 방법을 사용 하 여, 모터 피 질에서 microelectrode 이식 수술은 완료 된 다음 설립된 절차39,40,41,42, 오픈 필드 그리드 테스트 하 여 다음 총 모터 기능 및 사다리 그립을 평가 강도 정밀한 모터를 평가 하기 위해 테스트 기능27. 모터 기능 테스트는 완료 된 2 x 컨트롤 없이 수술 비 이식 동물 이식된 동물에서 수술 후 16 주 동안 주당. 모든 수술 후 점수 주당 평균 하 고 각 개별 동물의 사전 수술 기준 점수를 표준화 했다. 모든 오류는 평균 (SEM)의 표준 오류로 보고 됩니다.
그들의 심한 운동 기능 측정 스트레스 하 고 행동, 동물 3 분 (그림 1A)에 대 한 오픈 필드 그리드 테스트에서 자유롭게 실행 허용 되었다. 이 테스트에서 다양 한 메트릭을 기록할 수 있습니다, 그리드 라인 크로스, 여행, 총 거리와 동물에 의해 달성 하는 최대 속도의 수를 포함 하 여. 이 이전에 보고 된 데이터에서 교차 하는 그리드 라인의 수는27여. 복구 기간 뒤 첫 주에 (2 주 timepoint), 오픈 필드 그리드 성능 2 그룹 사이에서 상당한 차이 보였다. 그러나, 연구 (그림 1B)의 나머지 부분에 걸쳐 더 아무 의미가 없었다. 제어 및 microelectrode 이식 동물 테스트를 통해 유사 하 게 득점 하 고 성능에 대 한 분산을 동물의 두 세트에서 상대적으로 높았다. 아무 의미가 전체 실험 시간에 걸쳐 동물의 두 세트에 오픈 필드 그리드 성능을 비교할 때 보였다. 동물의 두 그룹 사이 성능 상의 차이가 없습니다 때문에,이 결과 총 모터 적자 또는 모터 피 질27에 microelectrode 주입에 의해 발생 하는 심각 하 게 제한 스트레스 임을 나타내기 위해 해석 했다. 데이터를 해석할 때 그리드 라인의 수에 있는 감소를 넘어, 여행, 총 거리 또는 최대 속도 모든 동물에 의해 달성 총 모터 기능 (표 1) 감소를 나타냅니다.
조정된 이해 및 정밀한 운동 기능 측정, 동물 동물 사다리와 발 전표의 주파수를 교차 했다 시간 기록 했다 수평 사다리 테스트 (그림 2A)에 참여를 했다. 수술 후 사다리 건너 번 각 개별 동물의 사전 수술 점수를 각 동물에 대 한 정규화 된. 따라서, 사다리 및 성능 향상된을 교차 하는 시간에 감소와 일치 하는 양수 백분율 및 부정적인 비율 사다리와 성능 저하 (그림 2B, 교차 하는 시간에 있는 증가와 일치 표 1).
이 이전에 보고 된 데이터에서 임 플 란 트를 받은 데 제어 동물, 수술 후 회복 단계27후에 바로 테스트의 첫 번째 주 동안 (82.6 ± 26.0%) 시간 느린 성능 표시. 수술 후 사다리 테스트의 두 번째 주에 시작, 제어 동물 그들의 기준선 성능 시간을 다시 시작 하 고 유지 점수 그들의 기준선 점수 비교 연구의 과정을 통해 아주 작은 차이.
동물 intracortical microelectrode 수신 성능 저하 곧바로 다음 수술을 보았다. 이 동물 수술 후 테스트의 첫 번째 주에 199.1 ± 61.4%의 그들의 기준선에 비해 시간을 넘어 증가 사다리를 시연 했다. 이식된 동물 연구 기간에 대 한 성능 저하를 표시 하 고 그들의 성과 기준 점수를 반환 하지 않았습니다. 그들의 최악의 이식된 동물에 그들의 초기 성능에 비해 526.9 ± 139.4%의 평균에 11 주 동안 성능이 감소 합니다. 또한, 이식된 동물 제어 동물에 비해 더 높은 차이 보였다. 테스트의 첫 번째 주 동안 제어 및 이식된 동물 사이 상당한 차이가 있었습니다. 그러나, 기준 시간에 비해 백분율 변화에 중요 한 차이 (p < 0.05) 연구에 모든 주에 그룹 사이 보였다 (그림 2B).
정밀한 모터 손상의 증거는 동물의 2 그룹 사이 정면 오른쪽 앞 발 전표의 주파수에 의해 입증 되었다. 전면 오른쪽 앞 발의 성능을 microelectrodes 모터 피 질 앞 발 컨트롤에 대 한 책임의 영역에 있는 두뇌의 왼쪽된 반구에 이식 했다 때문에 특정 관심의 이었다. 세심 한 비디오 분석에 의해 발 전표 chronicled 있었다 고 정량 (그림 2C). 그것은 이식된 동물 제어 동물에 비해 훨씬 더 많은 전면 오른쪽 앞 발 전표를 경험 하는 것을 발견 했다 중요 한 차이가 왼쪽된 발 전표의 주파수에서 볼 수 있었다, 그러나 (0.54 ± 0.07 전면 오른쪽 앞 발의 평균 주당 전표는 0.32 ± 0.02 정면 오른쪽의 평균에 비해 이식된 동물 발 전표 제어 동물에 주 당). 데이터를 해석할 때 사다리를 교차 하는 시간에 증가 또는 발 미 끄 러 짐의 증가 괜 찮 모터 기능 (표 1)에 있는 감소를 나타냅니다.
모터 기능과 미세 조정된 이해의 보조 수단, 동물 동물에 의해가 해지는 최대 그립 강도 기록 된 그립 강도 테스트 (그림 3A) 완료. 개별 동물의 주간 그립 점수는 그들의 사전 수술 기준 그립 강도를 정상화 했다. 그것은 이식된 동물의 수술 후 그립 강도 크게 거의 모든 수술 후 시간 지점에서 제어 동물에 비해 감소 했다 보였다. (그림 3B). 사전 수술 훈련 효과, 가능성이 테스트 다음 제어 동물 그립 강도 향상. 또한, 제어 동물 그립 강도 연구 (p < 0.05)의 과정을 통해 기준 보다 상당히 큰 했다. 흥미롭게도, 이식된 동물 그립 강도 성능 크게 복구 단계 테스트의 첫 번째 주에 초기 (p < 0.01) 보다 더 하지만 천천히 돌아왔다 그들의 기준 성능을. 메모의 동물에 의해 달성 최대 그립 강도 감소 괜 찮 모터 기능 (표 1)에 있는 감소를 나타냅니다.
다양 한 조직학 마커는 두뇌 임 플 란 트, 신경 핵, 이다, 혈액-뇌 장벽 안정성 등 근처 microenvironment 시각화를 사용할 수 있습니다. 여기, 우리가 immunohistochemical IgG, 주로 두뇌에서 찾아낸 일반적인 혈액 단백질에 대 한 얼룩을 수행. 이전 작품이 나타났습니다 IgG 혈액-뇌 장벽 무결성의 유용한 표시기로 항 체 혈액에서 발견 하 고 일반적으로 두뇌16,18에 따라서 주변 뇌 조직에 IgG의 존재 제시 혈액-뇌 장벽43의 무결성에 상관 될 수 있다. 여기, IgG 형광 강도 배경 뇌 조직 및 정량 전극 explantation 구멍의 경계에서 시작 하 고 IgG는 조직에 더 이상 때까지 동심 쓰레기통에 밖으로 이동로 정규화 되었다. 이식된 동물 IgG 강도 제어 동물에 비해 150 µ m 밖으로 구멍 근처에 상당한 증가 보였다. 점차적으로 이식된 microelectrode 구멍에서 발산 하는 거리를 통해 배경 강도 반환 이식된 동물에서 IgG 강도. microelectrode와 이식 적 데 제어 동물에서 혈액-뇌 장벽 없는이 동물에 손상 된 경우 정규화 된 IgG 강도 배경 강도 위에 상당한 수량에 되지 않았습니다.
두 상관 된 중요 한 차이점이 사다리 성능 및 IgG 강도에 보인, 때문에 (그림 4). 여기, 각 동물에 대 한 조직-전극 인터페이스에서 µ m 0-50에서에서 곡선에서 IgG 영역의 정규화 된 형광 강도 연구의 과정을 통해 각 동물의 사다리 공연의 평균와 상관 했다. 상관 계수 0.90의 좋은 모터 성능 및 손상 혈액-뇌 장벽 사이 매우 강한 상관 관계를 보여주는 결정 했다.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57829/57829fig1.jpg"> 그림 1 . 대표적인 오픈 필드 그리드 테스트 결과. 오픈 필드 눈금에 대 한 행동 테스트 설치 테스트 (총 모터와 불안 테스트) (A)이이 패널 표시 합니다. 높이 40cm의 4 불투명 한 벽과 약 33 c m 각의 사각형 아래쪽 섹션 1 m2 아크릴 시트 오픈 필드 눈금 시험에 의하여 이루어져 있었다. 그리드 라인의 수로 심한 모터 함수 성능 측정 (B)이이 패널 쇼 넘어, 기준 성능에 비해. 제어 성능에 상당한 차이 보였다 (n = 10)와 이식 (n = 17) 수술 후 2 주 (p < 0.05)에서 그룹. 모든 오류가 SEM.로 보고 이 그림은 고 스 알라 외. 에서 증 쇄 27 자연 출판 그룹 허가. <a href="/files/ftp_upload/57829/57829fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57829/57829fig2.jpg"> 그림 2 . 대표 사다리 테스트 결과. (A)이이 패널 표시 (정밀한 모터 기능 테스트)에 대 한 사다리에 대 한 행동 테스트 설치를 테스트 합니다. 2 1 m의 아크릴 면 스테인리스 가로 3 m m 직경 2 센티미터 간격으로 합류 하는 길이 높이, 25 cm 분명 사다리에 의하여 이루어져 있다. (B)이이 패널은 정밀한 모터 기능 성능을 기준 성능에 비해 사다리를 교차 하는 시간에 의해 측정을 보여줍니다. 점선 아래 결과 기준 성능에 비해 성능 저하를 나타냅니다. 성능에 큰 차이 제어 발견 되었다 (n = 10)와 이식 (n = 17) 수술 후 주 3-16에 대 한 그룹 (* p < 0.05 = * * = p < 0.01) 경도 (전체에 걸쳐 공부 하 고 # p < 0.05 =). (C)이이 패널의 오른쪽 앞 발 전표 정량된 인스턴스를 보여 줍니다. 주당 오른쪽 앞 발 전표 발생에 상당한 차이 발견 했다 컨트롤 및 이식된 그룹 비교할 때 (* p < 0.05 =). (D)이 발 슬립의 예입니다. 모든 오류가 SEM.로 보고 이 그림은 고 스 알라 외. 에서 증 쇄 27 자연 출판 그룹 허가. <a href="/files/ftp_upload/57829/57829fig2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57829/57829fig3.jpg"> 그림 3 . 대표 그립 강도 테스트 결과. (A)이이 패널 (정밀한 모터 기능 테스트)에 대 한 그립 강도 대 한 설치 행동 테스트를 보여줍니다. 그립 핸들에 연결 된 탑재 강도 게이지와 가중치 기지 그립 강도 미터에 의하여 이루어져 있었다. (B)이이 패널 표시 기준 성능에 비해 정밀한 모터 기능 성능, 최대 그립 강도 발휘 하 여 측정 합니다. 점선 아래 결과 기준 성능에 비해 성능 저하를 나타냅니다. 중요 한 차이 제어 볼 수 있었다 (n = 5)와 이식 (n = 6) 수술 후 거의 모든 주에 대 한 동물 (* p < 0.05 = * * p < 0.01, = * * * p < 0.001 =). 더 의미 제어 동물 주간 및 기준선 공연 사이 보였다 (# = p < 0.05) 이식된 동물 주간 및 기준선 성과 사이 (# # = p < 0.01). 컨트롤 및 이식된 동물 수행 크게 다른 경도 전체 연구 (@ @ @ p < 0.001 =). <a href="/files/ftp_upload/57829/57829fig3large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57829/57829fig4.jpg"> 그림 4 . IgG 및 사다리 성과의 상관 관계. 이식의 사이트 정규화 된 IgG 형광 강도 사다리 성능에서 변화를 연관 되었다 그리고 0.901의 상관 계수 (p < 0.001)를 발견 했다. <a href="/files/ftp_upload/57829/57829fig4large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Table 1" src="/files/ftp_upload/57829/57829table1.jpg"> 표 1. 전반적으로 보여주는 대표적인 동작 데이터 증가 하 고 각 테스트 메트릭에 대 한 초기 계획 점수에 비해 성능이 감소. 녹색 상자는 모터 적자 가능성, 향상된 된 성능을 나타내고 빨간색 상자 모터 기능 적자 가능성이 만드는 성능 저하를 나타냅니다.

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Rodent Behavioral Testing to Assess Functional Deficits Caused by Microelectrode Implantation in the Rat Motor Cortex

우리는 쥐의 모터 피 질에서 microelectrode 주입 하면 즉각적이 고 지속적인 모터 적자는 나타났습니다. Microelectrode 이식 수술 및 3 설치류 행동 작업 모터 피 질에 주입 한 손상 때문에 또는 총 모터 기능에 잠재적인 변화를 명료 하 게 하는 방법 여기 개요 제안.

설치류 쥐 모터 피 질에서 Microelectrode 주입으로 인 한 기능적 적자를 평가 하기 위해 테스트 행동

Medical devices implanted in the brain hold tremendous potential. As part of a Brain Machine Interface (BMI) system, intracortical microelectrodes ...

rodent-behavioral-testing-to-assess-functional-deficits-caused

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Bioengineering

8.8K 조회수.  Louis Stokes Cleveland Department of Veterans Affairs Medical Center. 우리는 쥐의 모터 피 질에서 microelectrode 주입 하면 즉각적이 고 지속적인 모터 적자는 나타났습니다. Microelectrode 이식 수술 및 3 설치류 행동 작업 모터 피 질에 주입 한 손상 때문에 또는 총 모터 기능에 잠재적인 변화를 명료 하 게 하는 방법 여기 개요 제안.

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Organotypic Collagen I Assay: A Malleable Platform to Assess Cell Behaviour in a 3-Dimensional Context

Cell migration is fundamental to many aspects of biology, including development, wound healing, the cellular responses of the immune system, and metastasis of tumor cells. Migration has been studied on glass coverslips in order to make cellular dynamics amenable to investigation by light microscopy. However, it has become clear that many aspects of cell migration depend on features of the local environment including its elasticity, protein composition, and pore size, which are not faithfully represented by rigid two dimensional substrates such as glass and plastic 1. Furthermore, interaction with other cell types, including stromal fibroblasts 2 and immune cells 3, has been shown to play a critical role in promoting the invasion of cancer cells. Investigation at the molecular level has increasingly shown that molecular dynamics, including response to drug treatment, of identical cells are significantly different when compared in vitro and in vivo 4. 
Ideally, it would be best to study cell migration in its naturally occurring context in living organisms, however this is not always possible. Intermediate tissue culture systems, such as cell derived matrix, matrigel, organotypic culture (described here) tissue explants, organoids, and xenografts, are therefore important experimental intermediates. These systems approximate certain aspects of an in vivo environment but are more amenable to experimental manipulation such as use of stably transfected cell lines, drug treatment regimes, long term and high-resolution imaging. Such intermediate systems are especially useful as proving grounds to validate probes and establish parameters required to image the dynamic response of cells and fluorescent reporters prior to undertaking imaging in vivo 5. As such, they can serve an important role in reducing the need for experiments on living animals.

A method is described for the preparation of a 3-dimensional matrix consisting of collagen type I and primary human fibroblasts. This organotypic gel serves as a useful substrate to assess invasive cell migration because it mimics basic features of tissue stroma and is amenable to many forms of microscopy.

Organotypic 콜라겐 I 분석 : 3 차원 컨텍스트에서 셀 행동을 평가하기 위해 가단 플랫폼

Cell migration is fundamental to many aspects of biology, including development, wound healing, the cellular responses of the immune system, and ...

연구

생체공학

An Improved Mechanical Testing Method to Assess Bone-implant Anchorage

Recent advances in material science have led to a substantial increase in the topographical complexity of implant surfaces, both on a micro- and a nano-scale. As such, traditional methods of describing implant surfaces -&#160;namely numerical determinants of surface roughness -&#160;are inadequate for predicting in vivo performance. Biomechanical testing provides an accurate and comparative platform to analyze the performance of biomaterial surfaces. An improved mechanical testing method to test the anchorage of bone to candidate implant surfaces is presented. The method is applicable to both early and later stages of healing and can be employed for any range of chemically or mechanically modified surfaces -&#160;but not smooth surfaces. Custom rectangular implants are placed bilaterally in the distal femora of male Wistar rats and collected with the surrounding bone. Test specimens are prepared and potted using a novel breakaway mold and the disruption test is conducted using a mechanical testing machine. This method allows for alignment of the disruption force exactly perpendicular, or parallel, to the plane of the implant surface, and provides an accurate and reproducible means for isolating an exact peri-implant region for testing.

An improved method to mechanically test bone anchorage to candidate implant surfaces is presented. This method allows for alignment of the disruption force exactly perpendicular, or parallel, to the plane of the implant surface, and provides an accurate means to direct the disruption forces to an exact peri-implant region.

뼈 이식 앵커리지 평가하는 향상된 기계적 시험 방법

Recent advances in material science have led to a substantial increase in the topographical complexity of implant surfaces, both on a micro- and a ...

Quantification of Global Diastolic Function by Kinematic Modeling-based Analysis of Transmitral Flow via the Parametrized Diastolic Filling Formalism

Quantitative cardiac function assessment remains a challenge for physiologists and clinicians.&#160;Although historically invasive methods have comprised the only means available, the development of noninvasive imaging modalities (echocardiography, MRI, CT) having high temporal and spatial resolution provide a new window for quantitative diastolic function assessment. Echocardiography is the agreed upon standard for diastolic function assessment, but indexes in current clinical use merely utilize selected features of chamber dimension (M-mode) or blood/tissue motion (Doppler) waveforms without incorporating the physiologic causal determinants of the motion itself.&#160;The recognition that all left ventricles (LV) initiate filling by serving as mechanical suction pumps allows global diastolic function to be assessed based on laws of motion that apply to all chambers. What differentiates one heart from another are the parameters of the equation of motion that governs filling. Accordingly, development of the Parametrized Diastolic Filling (PDF) formalism&#160;has shown that the entire range of clinically observed early transmitral flow (Doppler E-wave) patterns are extremely well fit by the laws of damped oscillatory motion.&#160;This permits analysis of individual E-waves in accordance with a causal mechanism (recoil-initiated suction) that yields three (numerically) unique lumped parameters whose physiologic analogues are chamber stiffness (k), viscoelasticity/relaxation (c), and load (xo).&#160;The recording of transmitral flow (Doppler E-waves) is standard practice in clinical cardiology and, therefore, the echocardiographic recording method is only briefly reviewed. Our focus is on determination of the PDF parameters from routinely recorded E-wave data.&#160;As the highlighted results indicate, once the PDF parameters have been obtained from a suitable number of load varying E-waves, the investigator is free to use the parameters or construct indexes from the parameters (such as stored energy 1/2kxo2, maximum A-V pressure gradient kxo, load independent index of diastolic function, etc.) and select the aspect of physiology or pathophysiology to be quantified.

Accurate, causality-based quantification of global diastolic function has been achieved by kinematic modeling-based analysis of transmitral flow via the Parametrized Diastolic Filling (PDF) formalism. PDF generates unique stiffness, relaxation,&#160;and load parameters and elucidates &#39;new&#39; physiology while providing sensitive and specific indexes of dysfunction.

매개 변수화 이완기 충전 형식주의를 통해 Transmitral 흐름의 운동 학적 모델링 기반의 분석에 의하여 세계적인 이완기 기능의 정량화

Quantitative cardiac function assessment remains a challenge for physiologists and clinicians.&#160;Although historically invasive methods have comprised ...

Fabrication and Implantation of Miniature Dual-element Strain Gages for Measuring In Vivo Gastrointestinal Contractions in Rodents.

Gastrointestinal dysfunction remains a major cause of morbidity and mortality. Indeed, gastrointestinal (GI) motility in health and disease remains an area of productive research with over 1,400 published animal studies in just the last 5 years. Numerous techniques have been developed for quantifying smooth muscle activity of the stomach, small intestine, and colon. In vitro and ex vivo techniques offer powerful tools for mechanistic studies of GI function, but outside the context of the integrated systems inherent to an intact organism. Typically, measuring in vivo smooth muscle contractions of the stomach has involved an anesthetized preparation coupled with the introduction of a surgically placed pressure sensor, a static pressure load such as a mildly inflated balloon or by distending the stomach with fluid under barostatically-controlled feedback. Yet many of these approaches present unique disadvantages regarding both the interpretation of results as well as applicability for in vivo use in conscious experimental animal models. The use of dual element strain gages that have been affixed to the serosal surface of the GI tract has offered numerous experimental advantages, which may continue to outweigh the disadvantages. Since these gages are not commercially available, this video presentation provides a detailed, step-by-step guide to the fabrication of the current design of these gages. The strain gage described in this protocol is a design for recording gastric motility in rats. This design has been modified for recording smooth muscle activity along the entire GI tract and requires only subtle variation in the overall fabrication. Representative data from the entire GI tract are included as well as discussion of analysis methods, data interpretation and presentation.

Fabrication and Implantation of Miniature Dual-element Strain Gages for Measuring In Vivo Gastrointestinal Contractions in Rodents.

The in vivo measurement of smooth muscle contractions along the gastrointestinal tract of laboratory animals remains a powerful, though underutilized, technique. Flexible, dual element strain gages are not commercially available and require fabrication. This protocol describes the construction of reliable, inexpensive strain gages for acute or chronic implantation in rodents.

측정을위한 소형 이중 요소 스트레인 게이지의 제조 및 주입<em&gt; 생체</em&gt; 설치류에서 위장 수축.

Gastrointestinal dysfunction remains a major cause of morbidity and mortality. Indeed, gastrointestinal (GI) motility in health and disease remains an ...

Applications of In Vivo Functional Testing of the Rat Tibialis Anterior for Evaluating Tissue Engineered Skeletal Muscle Repair

Despite the regenerative capacity of skeletal muscle, permanent functional and/or cosmetic deficits (e.g., volumetric muscle loss (VML) resulting from traumatic injury, disease and various congenital, genetic and acquired conditions are quite common. Tissue engineering and regenerative medicine technologies have enormous potential to provide a therapeutic solution. However, utilization of biologically relevant animal models in combination with longitudinal assessments of pertinent functional measures are critical to the development of improved regenerative therapeutics for treatment of VML-like injuries. In that regard, a commercial muscle lever system can be used to measure length, tension, force and velocity parameters in skeletal muscle. We used this system, in conjunction with a high power, bi-phase stimulator, to measure in vivo force production in response to activation of the anterior crural compartment of the rat hindlimb. We have previously used this equipment to assess the functional impact of VML injury on the tibialis anterior (TA) muscle, as well as the extent of functional recovery following treatment of the injured TA muscle with our tissue engineered muscle repair (TEMR) technology. For such studies, the left foot of an anaesthetized rat is securely anchored to a footplate linked to a servomotor, and the common peroneal nerve is stimulated by two percutaneous needle electrodes to elicit muscle contraction and dorsiflexion of the foot. The peroneal nerve stimulation-induced muscle contraction is measured over a range of stimulation frequencies (1-200 Hz), to ensure an eventual plateau in force production that allows for an accurate determination of peak tetanic force. In addition to evaluation of the extent of VML injury as well as the degree of functional recovery following treatment, this methodology can be easily applied to study diverse aspects of muscle physiology and pathophysiology. Such an approach should assist with the more rational development of improved therapeutics for muscle repair and regeneration.

Applications of In Vivo Functional Testing of the Rat Tibialis Anterior for Evaluating Tissue Engineered Skeletal Muscle Repair

We describe an in vivo protocol to measure dorsiflexion of the foot following stimulation of the peroneal nerve and contraction of the anterior crural compartment of the rat hindlimb. Such measurements are an indispensable translational tool for evaluating skeletal muscle pathology and tissue engineering approaches to muscle repair and regeneration.

의 응용 프로그램<em&gt; 생체</em&gt; 조직 평가를위한 쥐 앞정 전방의 기능 테스트는 골격근 수리 엔지니어링

Despite the regenerative capacity of skeletal muscle, permanent functional and/or cosmetic deficits (e.g., volumetric muscle loss (VML) resulting from ...

An Efficient and Reproducible Protocol for Distraction Osteogenesis in a Rat Model Leading to a Functional Regenerated Femur

This protocol describes the use of a newly developed external fixator for distraction osteogenesis in a rat femoral model. Distraction osteogenesis (DO) is a surgical technique leading to bone regeneration after an osteotomy. The osteotomized extremities are moved away from each other by gradual distraction to reach the desired elongation. This procedure is widely used in humans for lower and upper limb lengthening, treatment after a bone nonunion, or the regeneration of a bone defect following surgery for bone tumor excision, as well as in maxillofacial reconstruction. Only a few studies clearly demonstrate the efficiency of their protocol in obtaining a functional regenerated bone, i.e., bone that will support physiological weight-bearing without fracture after removal of the external fixator. Moreover, protocols for DO vary and reproducibility is limited by lack of information, making comparison between studies difficult. The aim of this study was to develop a reproducible protocol comprising an appropriate external fixator design for rat limb lengthening, with a detailed surgical technique that permits physiological weight-bearing by the animal after removal of the external fixator.

This study describes a reproducible and detailed protocol using a newly developed external fixator for distraction osteogenesis (DO) in a femoral rat model which permits physiological weight-bearing by the animal after removal of the external fixator.

주의 골 기능 재생성 된 대 퇴 골으로 이어지는 쥐 모델에 대 한 효율적이 고 재현 가능한 프로토콜

This protocol describes the use of a newly developed external fixator for distraction osteogenesis in a rat femoral model. Distraction osteogenesis (DO) ...

Detection of Endotoxin in Nano-formulations Using Limulus Amoebocyte Lysate (LAL) Assays

When present in pharmaceutical products, a Gram-negative bacterial cell wall component endotoxin (often also called lipopolysaccharide) can cause inflammation, fever, hypo- or hypertension, and, in extreme cases, can lead to tissue and organ damage that may become fatal. The amounts of endotoxin in pharmaceutical products, therefore, are strictly regulated. Among the methods available for endotoxin detection and quantification, the Limulus Amoebocyte Lysate (LAL) assay is commonly used worldwide. While any pharmaceutical product can interfere with the LAL assay, nano-formulations represent a particular challenge due to their complexity. The purpose of this paper is to provide a practical guide to researchers inexperienced in estimating endotoxins in engineered nanomaterials and nanoparticle-formulated drugs. Herein, practical recommendations for performing three LAL formats including turbidity, chromogenic and gel-clot assays are discussed. These assays can be used to determine endotoxin contamination in nanotechnology-based drug products, vaccines, and adjuvants.

Detection of Endotoxin in Nano-formulations Using Limulus Amoebocyte Lysate LAL Assays

Detection of endotoxins in engineered nanomaterials represents one of the grand challenges in the field of nanomedicine. Here, we present a case study that describes the framework composed of three different LAL formats to estimate potential endotoxin contamination in nanoparticles.

나노 제형에도 Limulus Amoebocyte Lysate (LAL) 분석 실험을 사용 하 여

When present in pharmaceutical products, a Gram-negative bacterial cell wall component endotoxin (often also called lipopolysaccharide) can cause ...

Applying Advanced In Vitro Culturing Technology to Study the Human Gut Microbiota

The human gut microbiota plays a vital role in both human health and disease. Studying the gut microbiota using an in vivo model, is difficult due to its complex nature, and its diverse association with mammalian components. The goal of this protocol is to culture the gut microbiota in vitro, which allows for the study of the gut microbiota dynamics, without having to consider the contribution of the mammalian milieu. Using in vitro culturing technology, the physiological conditions of the gastro intestinal tract are simulated, including parameters such as pH, temperature, anaerobiosis, and transit time. The intestinal surface of the colon is simulated by adding mucin-coated carriers, creating a mucosal phase, and adding further dimension. The gut microbiota is introduced by inoculating with the human fecal material. Upon inoculation with this complex mixture of bacteria, specific microbes are enriched in the different longitudinal (ascending, transverse and descending colons) and transversal (luminal and mucosal) environments of the in vitro model. It is crucial to allow the system to reach a steady state, in which the community and the metabolites produced remain stable. The experimental results in this manuscript demonstrate how the inoculated gut microbiota community develops into a stable community over time. Once steady state is achieved, the system can be used to analyze bacterial interactions and community functions or to test the effects of any additives on the gut microbiota, such as food, food components, or pharmaceuticals.

Here, we present a protocol for culturing the gut microbiota of the colon in vitro, using a series of bioreactors that simulate the physiological conditions of the gastro intestinal tract.

인간의 본질적인 Microbiota 공부 기술을 경작 하는 체 외에서 고급 적용

The human gut microbiota plays a vital role in both human health and disease. Studying the gut microbiota using an in vivo model, is difficult due to its ...

The Quantification of Injectability by Mechanical Testing

Injectable biomaterials are becoming increasingly popular for the minimally invasive delivery of drugs and cells. These materials are typically more viscous than traditional aqueous injections and may be semi-solid, therefore, their injectability cannot be assumed. This protocol describes a method to objectively assess the injectability of these materials using a standard mechanical tester. The syringe plunger is compressed by the crosshead at a set rate, and the force is measured. The maximum or plateau force value can then be used for comparison between samples, or to an absolute force limit. This protocol can be used with any material, and any syringe and needle size or geometry. The results obtained may be used to make decisions about formulations, syringe and needle sizes early in the translational process. Further, the effects of altering formulations on injectability may be quantified, and the optimum time to inject temporally changing materials determined. This method is also suitable as a reproducible way to examine the effects of injection on a material, to study phenomena such as self-healing and filter pressing or study the effects of injection on cells. This protocol is faster and more directly applicable to injectability than rotational rheology, and requires minimal post processing to obtain key values for direct comparisons.

Presented here is a protocol for quantitatively evaluating the injectability of a material through a syringe-needle system using a standard mechanical testing rig.

기계적 테스트를 통해 주사용 의 정량화

Injectable biomaterials are becoming increasingly popular for the minimally invasive delivery of drugs and cells. These materials are typically more ...

Residue-Specific Exchange of Proline by Proline Analogs in Fluorescent Proteins: How "Molecular Surgery" of the Backbone Affects Folding and Stability

Replacement of proline (Pro) residues in proteins by the traditional site-directed mutagenesis by any of the remaining 19 canonical amino acids is often detrimental to protein folding and, in particular, chromophore maturation in green fluorescent proteins and related variants. A reasonable alternative is to manipulate the translation of the protein so that all Pro residues are replaced residue-specifically by analogs, a method known as selective pressure incorporation (SPI). The built-in chemical modifications can be used as a kind of &#34;molecular surgery&#34; to finely dissect measurable changes or even rationally manipulate different protein properties. Here, the study demonstrates the usefulness of the SPI method to study the role of prolines in the organization of the typical &#946;-barrel structure of spectral variants of the green fluorescent protein (GFP) with 10-15 prolines in their sequence: enhanced green fluorescent protein (EGFP), NowGFP, and KillerOrange. Pro residues are present in connecting sections between individual &#946;-strands and constitute the closing lids of the barrel scaffold, thus being responsible for insulation of the chromophore from water, i.e., fluorescence properties. Selective pressure incorporation experiments with (4R)-fluoroproline (R-Flp), (4S)-fluoroproline (S-Flp), 4,4-difluoroproline (Dfp), and 3,4-dehydroproline (Dhp) were performed using a proline-auxotrophic E. coli strain as expression host. We found that fluorescent proteins with S-Flp and Dhp are active (i.e., fluorescent), while the other two analogs (Dfp and R-Flp) produced dysfunctional, misfolded proteins. Inspection of UV-Vis absorption and fluorescence emission profiles showed few characteristic alterations in the proteins containing Pro analogs. Examination of the folding kinetic profiles in EGFP variants showed an accelerated refolding process in the presence of S-Flp, while the process was similar to wild-type in the protein containing Dhp. This study showcases the capacity of the SPI method to produce subtle modifications of protein residues at an atomic level (&#34;molecular surgery&#34;), which can be adopted for the study of other proteins of interest. It illustrates the outcomes of proline replacements with close chemical analogs on the folding and spectroscopic properties in the class of &#946;-barrel fluorescent proteins.

To overcome the limitations of classical site-directed mutagenesis, proline analogs with specific modifications were incorporated into several fluorescent proteins. We show how the replacement of hydrogen by fluorine or of the single by double bonds in proline residues ("molecular surgery") affects fundamental protein properties, including their folding and interaction with light.

형광 단백질에서 프롤린 유사체에 의한 프롤린의 잔기 특이적 교환 : 백본의 "분자 수술"이 폴딩 및 안정성에 미치는 영향

Replacement of proline (Pro) residues in proteins by the traditional site-directed mutagenesis by any of the remaining 19 canonical amino acids is often ...